超纯水工程设计论文范文

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1进、出水水质

设计进水为市政自来水，出水水质完全满足太阳能电池生产用水的水质标准。设计进水pH值为6．5～8．5，进水水质见表1，设计出水水质见表2。

2工艺系统设计

本项目全膜法超纯水制备工艺的主要流程如下:原水→板式换热器→原水箱→原水提升泵→自清洗过滤器→超滤装置→超滤产水箱→超滤提升泵→活性炭过滤器一级反渗透保安过滤器→一级高压泵→一级反渗透装置→一级反渗透产水箱→二级高压泵→二级反渗透装置→二级反渗透产水箱→EDI提升泵→紫外线除TOC装置→EDI保安过滤器→EDI装置→氮封水箱→超纯水泵→抛光混床→送至各厂房。2．1超滤系统设计参数该超滤系统主要包括板式换热器，自清洗过滤器和超滤装置等主要设备。板式换热器的作用是在冬季给原水增温，降低季节的温度变化对超滤产水量的影响。自清洗过滤器的作用是去除原水中130μm以上的大颗粒杂质，以防止堵塞超滤中空纤维毛细管。本项目超滤膜结构采用外压式［1］。该水源为市政自来水，水质比较好，可适当放大超滤膜通量。超滤膜型号SFR2860，规格为Φ225mm×1860mm，设计膜通量为55L/(s·m2)，设计超滤进水浊度为≤5NTU，产水浊度≤1NTU，SDI≤3。超滤机架设置2套，共计52支膜(26支/套)，单套超滤装置产水量为68m3/h。

2．2一级反渗透系统设计参数

本项目采用的反渗透膜型号为DOW公司的BW30－400。根据反渗透膜的设计软件计算得知，该反渗透膜的设计通量为20L/(m2·h)，脱盐率≥97%，回收率≥75%，运行温度为15～30℃。一级反渗透机架为2套，单套进水量88m3/h，单套产水量为66m3/h，膜数为180支(90支/套)。膜壳采用WaveCyber－300P－8－6，单套机架有15支膜壳，采用一级两段10∶5排列。由于二级反渗透浓水和电除盐浓水回流至超滤产水箱，作为一级反渗透进水，另外部分一级反渗透产水直接用于太阳能电池前段工序的生产，未作为二级反渗透进水，所以该系统水量是平衡的。

2．3二级反渗透系统设计参数

本次全膜法超纯水制备工艺采用的是双级反渗透技术。双级反渗透技术是指用第一级反渗透的产品水作为第二级反渗透的进水进一步除盐的工艺［2］。本项目采用的二级反渗透膜型号为BW30LE－440，设计通量为39L/(m2·h)，设计产水导电度:≤5μS/cm，回收率≥90%，运行温度为15～30℃。二级反渗透机架为2套，单套产水量为39m3/h，膜数量为60支(30支/套)。膜壳采用WaveCyber－300P－8－6，单套机架有5支膜壳，采用一级两段排列。其中，一级反渗透与二级反渗透合并安装在一台机架上。电除盐(EDI)具有技术先进、操作简便和节能环保的特性，无需酸碱就可以连续制取高品质纯水，出水电阻率稳定在15MΩ·cm以上。本次电除盐装置为2套，单套产水量为35m3/h，采用的是西门子LXM45Z模块，模块数量为14块(7块/套)。2．5抛光混床系统设计参数抛光混床的作用是进一步去除EDI出水中残余极少的阳、阴离子。本项目采用的抛光树脂型号为DOW公司的MR－450UPW，总容量为1950L，可使出水电阻率达到18MΩ·cm。抛光树脂罐体采用WAVECYBER公司的DN400的容器，材质为FRP，数量为13只。

3处理效果

3．1超滤系统处理效果

超滤的操作步序有产水、反洗等操作。因超滤设备过滤模式为死端过滤，为保证超滤膜的通量及降低运行的跨膜压差(TMP)，需定期对超滤膜进行反洗，反洗周期为30～60min［3］。超滤化学清洗周期一般为3个月，主要清洗药剂有盐酸、氢氧化钠和次氯酸钠。随着运行时间的增加，TMP逐渐增高，清洗后，TMP显著降低。图1为超滤装置180d的运行记录。投产运行后，2套超滤膜的产水量较稳定，平均为68m3/h，进水压力平均为0．30MPa，出水浊度平均为0．25NTU，达到了设计要求。

3．2一级反渗透系统处理效果

一级反渗透化学清洗周期一般为6个月，清洗后，一级RO跨膜压差(TMP)显著降低。主要清洗药剂有盐酸和氢氧化钠。图2为一级反渗透设备24个月的运行记录。投产运行后，两套一级反渗透的进水量均为88m3/h，产水量平均为66m3/h，产水回收率达到75%。进水压力平均为1．10MPa，进水电导率平均为780μS/cm，产水电导率平均为7．0μS/cm，脱盐率为99．1%，达到了设计要求。

3．3二级反渗透系统处理效果

二级反渗透化学清洗周期一般为12个月，清洗后，二级RO跨膜压差(TMP)显著降低。主要清洗药剂有盐酸和氢氧化钠。图3为二级反渗透设备24个月的运行记录。投产运行后，两套二级反渗透装置进水量均为43m3/h，产水量平均为39m3/h，产水回收率达到90%。进水压力平均为0．90MPa，产水电导率平均为0．8μS/cm，达到了设计要求。

3．4电除盐(EDI)系统处理效果

投产运行后，两套电除盐(EDI)进水量均为39m3/h，产水量平均为35m3/h，产水回收率达到90%。进水压力平均为0．4MPa，产水电阻率平均为17．5MΩ·cm，达到了设计要求。3．5抛光混床处理效果投产运行后，抛光混床系统处理水量35m3/h，出水电阻率＞18MΩ·cm，达到了设计要求。

4技术经济分析

该太阳能电池生产用超纯水处理站投产后，进水量为2×70m3/h，产水量为2×35m3/h。该处理系统的运行成本主要包括:人工费用约0．49元/m3;药剂费(NaClO、盐酸、阻垢剂、还原剂、氢氧化钠等)，共计0．32元/m3;电费为0．80元/m3;设备折旧费为0．85元/m3;自来水费为2．70元/m3;检修维护费为0．07元/m3，最终成本单价合计为5．23元/m3，满足该厂的运行成本控制要求。

5结语

(1)设计过程中本着水源分级分质使用的原则，充分回收利用可利用的水源，将分渗透浓水、电除盐浓水等进行分级回收利用，大大提高系统水回收率的同时，又节省了系统投资。(2)全膜法水处理工艺相比传统离子交换工艺，运行过程中无需消耗酸碱等化学药剂，可有效避免二次污染，且系统自动化程度较高，运行成本大大降低，具有一定的推广借鉴作用。(3)因超纯水用水水质较高，系统设计要充分考虑到安全保障性，本系统中各超纯水用户分布较广，为避免长距离的管路污染易导致出水水质下降，系统设计中采用“集中+分散”的工艺设计，即将前段超滤反渗透及电除盐工艺单元进行集中布置设计，各单元的深度除盐及过滤单元分散布置在各终端用水点附近，可充分保证系统出水的水质达标。(4)为确保反渗透系统的安全稳定运行，考虑了活性炭过滤单元的前置处理，并设置旁通管路，当原水水质波动较大时，可有效保障后段各工艺单元的进出水水质，为整套系统的安全稳定运行起到了很好的保障作用。(5)考虑冬季进水水温低，易对反渗透系统的产水回收率影响较大，本系统设计了原水加热单元。同时不同于一般的工业用水，太阳能超纯水用水对温度要求较高，本项目要求出水温度稳定在25±2℃的范围内，因此本系统终端单元换热器同时具备加热和降温调节功能，可有效控制出水温度，保障生产工艺用水。

作者：陈旭顾小红赵军倪明徐志清单位：北京朗新明环保科技有限公司南京分公司